[发明专利]一种合成气制取低碳醇的方法及装置

说明书

本发明属于醇类化学品合成及合成气化学领域，一种合成气制取低碳醇的方法，在反应温度低于150摄氏度，压力低于1 Mpa下，介质阻挡放电使合成气发生气体电离形成激发态CO分子和H自由基等离子体，在金属氧化物作为催化剂时，激发态CO分子和H自由基转化为低碳醇。本发明还涉及该合成气制取低碳醇的装置。本发明的效果和益处是：不仅实现了在低温低压下合成气高效转化为低碳醇，而且采用以电能方式实现这一过程。

技术领域

本发明属于醇类化学品合成及合成气化学领域，具体涉及一种以合成气为原料制取低碳醇的方法及装置。

背景技术

合成气(H₂和CO混合气)制取低碳醇技术是非石油路径获取液体燃料、大宗化工原料以及油品添加剂等化学品的重要途径。由于我国长期固有的“富煤少油贫气”的能源结构，合成气制低碳醇一直是我国能源发展战略的关键组成部分，也是降低我国原油对外依存度的重要技术方法。

目前，已公开的国内外合成气制低碳醇技术均是采用传统固定床工艺，这种现有工艺要在高温高压下方可实现这一过程。通常反应温度高于220—250度，甚至有报道高于300度；反应压力高于3—5MPa，甚至有报道高于8MPa。由于合成气转化反应具有高温放热特点，而高温下极易导致产物选择性不可控制，造成副产物多，并且能耗高。但低的反应温度和压力条件下，传统固定床工艺的CO转化率和低碳醇选择性低。因此，该项技术至今在我国仍无法实现大规模生产应用，是我国在合成气转化领域长期的关键技术瓶颈。正因现有的国内外低碳醇技术具有上述缺点，开发新的合成气制低碳醇技术工艺，寻求新的方法及相匹配的装置，在规避高温高压下副产物多、能耗高的同时，又能实现低温低压下合成气的高效转化是解决我国在这一领域“卡脖子”问题的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的合成气制取低碳醇的方法及装置，通过等离子体和催化剂耦合的方式，在反应温度低于150度，压力低于1Mpa下即将合成气高效转化为低碳醇。

本发明所采用的技术方案是：一种合成气制取低碳醇的方法，在反应温度低于150摄氏度，压力低于1Mpa下，介质阻挡放电使合成气发生气体电离形成激发态CO分子和H自由基等离子体，在金属氧化物作为催化剂时，激发态CO分子和H自由基转化为低碳醇。

金属氧化物为氧化钼、氧化锰、氧化铬、氧化钨、氧化铈、氧化钛、氧化铜、氧化镍、氧化钴、氧化铁、氧化钒、氧化锆、氧化镧中的一种或两种的混合物，氧化物的颗粒大小为40-60目。

低碳醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇的混合物。

反应温度为60-150摄氏度。

合成气中H₂体积百分含量为10－90％，CO体积百分含量为10－90％。

一种合成气制取低碳醇的装置，包括高压电极(1)、接地极(2)、壳体(3)、进气口(4)、冷阱采样器(5)、出气口(6)，壳体(3)内为筒状反应腔，用于放置催化剂，壳体(3)上端有进气口(4)，壳体(3)下端连接冷阱采样器(5)，冷阱采样器(5)下部为出气口6，壳体(3)的外部缠绕线圈构成接地极(2)，壳体(3)的轴线上安装高压电极(1)，高压电极(1)和接地极(2)连接直流或者交流高压电源，高压电极(1)连接正极，接地极(2)连接负极。

工作过程中，将40-60目金属氧化物催化剂置于壳体(3)中，通过进气口(4)通入氮气以除去反应器中的空气后，从进气口通入合成气，接通高压电极(1)和接地极(2)的高压电源，在金属氧化物作用下，激发态CO分子和H自由基转化为低碳醇，经过冷阱采样器(5)的冷阱处理，得到液态低碳醇。

合成气流量为100－10000h^-1，其中合成气中H₂体积百分含量为10－90％，CO体积百分含量为10－90％，反应压力为0.1－1MPa，反应温度100－150℃，高压电源为交流电，电压为0.8－40千伏，频率为1－20千赫兹。